砂轮的特性和砂轮选择
砂轮是由磨料加结合剂用制造陶瓷的工艺方法制成的。制造砂轮时，用不同的配方和不同的投料密度来控制砂轮的硬度和组织。
砂轮的特性由下列五个因素来决定：磨料、粒度、结合剂、硬度和组织。
一、磨 料
常用的磨料有氧化物系、碳化物系、高硬磨科系三类。 氧化物系磨料的主要成分是A1203，由于它的纯度不同和加入金属元素不同，而分为不同的品种。碳化物系磨料主要以碳化硅、碳化硼等为基体，也是因材料的纯度不同而分为不同品种。高硬磨料系中主要有人造金刚石和立方氮化硼。
各种磨料的特性及适用范围见附录表14—1。其中立方氮化硼是我国近年发展起来的新型磨科，虽然它的硬度比金刚石略低，但其耐热性(1400℃)比金刚石(800℃)高出许多，而且对铁元素的化学惰性高，所以特别适合于磨削既硬又韧的钢材。在加工高速钢、模具钢、耐热钢时，立方氮化硼的工作能力超过金刚石5—10倍。同时，立方氮化硼的磨粒切
削刃锋利，在磨削时可减小加工表面材料的塑性变形，因此，磨出的表面粗糙度比用一般砂轮小。
在相同切削条件下，立方氮化硼砂轮加工所得的表面层为残余压应力，而氧化铝砂轮加工的表面层为残余张应力(参看图14—1) 。所以用立方氮化硼砂轮所加工出的零件，其使用寿命要高些。由此可见，立方氮化硼是一种很有前途的磨料。
二、粒 度
粒度表示磨粒的大小程度。以磨粒刚能通过的一号筛网的网号来表示磨粒的粒度。例如60粒度是指磨粒刚可通过
每英寸长度上有60个孔眼的筛网。
当磨粒的直径小于40μm 时，这些磨粒称为微粉。它的粒度以微粉的尺寸大小来表示。如尺寸为28μm 的微粉，其粒度号标为W28。
磨粒粒度及其尺寸范围见表14—2。
磨粒粒度对磨削生产率和加工表面粗糙度有很大的影响。一般来说，粗磨用颗粒较粗的磨粒，精磨用颗粒较细的磨粒。当工件材料软、塑性大和磨削面积大时，为避免堵塞砂轮，也可采用较粗的磨粒。常用的砂轮粒度及其应用范围见表14—3。
三、结 合 剂
结合剂的作用是将磨粒粘合在一起，使砂轮具有必要的形状和强度。常用的砂轮结合剂有：
1.陶瓷结合剂(Vitrified，代号V)
它是由粘土、长石、滑石、硼玻璃和硅石等陶瓷材料配制而成。特点是化学性质稳定，耐水、耐酸、耐热和成本低，
但较脆。所以除切断砂轮外，大多数砂轮都是采用陶瓷结合剂。它所制成的砂轮线速度一般为35m ／s 。
2.树脂结合剂(Bakelite，代号B)
其成分主要为酚醛树脂，但也有采用环氧树脂的。 树脂结合剂的强度高，弹性好，故多用于高速磨削、切断和开槽等工序，也用于制作荒磨砂轮、砂瓦等。但是，树脂结合剂的耐热性差，当磨削温度达200—300℃时，它的结合能力便大大降低。利用它强度降低时磨粒易于脱落而露出锋利的新磨粒(自砺) 的特点，在一些对磨削烧伤和磨削裂纹特别敏感的工序(如磨薄壁件、超精磨或刃磨硬质合金等) 都可采用 树脂结合剂。
人造树脂与碱性物质会起化学作用。在采用树脂砂轮时，切削液的含碱量不宜超过1.5％。另外，树脂结合制砂轮也不宜长期存放，存放太久可能会变质而使结合强度降低。
3. 橡胶结合剂(Rubber，代号R)
多数采用人造橡胶。橡胶结合剂比树脂结合剂更富有弹性，可使砂轮具有良好的抛光作用。多用于制作无心磨床的导轮和切断、开槽及抛光砂轮。但不宜于用作粗加工砂轮。
4.金属结合剂(Metal，代号M)
常见的是青铜结合剂，主要用于制作金刚石砂轮。青铜结合剂金刚石砂轮的特点是型 面的成型性好，强度高，有—定韧性，但自砺性较差。主要用于粗磨、半精磨硬质合金以及切断光学玻璃、陶瓷、半导体等。
四、硬 度
砂轮的硬度是反映磨粒在磨削力作用下，从砂轮表面上脱落的难易程度。砂轮硬，即表示磨粒难以脱落；砂轮软，表示磨粒容易脱落。
砂轮的软硬和磨粒的软硬是两个不同的概念，必须区分清楚。砂轮硬度等级见表14—4。
选用砂轮时，应注意硬度选得适当。若砂轮选得太硬，会使磨钝了的磨粒不能及时脱落，因而产生大量磨削热，造成工件烧伤；若选得太软，会使磨粒脱落得太快而不能充分发挥其切削作用。
选择砂轮硬度时，可参照以下几条原则：
1.工件硬度
工件材料越硬，砂轮硬度应选得软些，使磨钝了的磨粒快点脱落，以便砂轮经常保持有锐利的磨粒在工作，避免工件因磨削温度过高而烧伤。工件材料越软，砂轮的硬度应选
得硬些，使磨粒脱落得慢些，以便充分发挥磨粒的切削作用。
2.加工接触面
砂轮与工件的接触面大时，应选用软砂轮，使磨粒脱落快些，以免工件因磨屑堵塞砂轮表面而引起表面烧伤。内圆磨削和端面平磨时，砂轮硬度应比外圆磨削的砂轮硬度低。磨削薄壁零件及导热性差的工件时，砂轮硬度也应选得低些。
3.精磨和成形磨削
精磨和成形磨削时，应选用硬一些的砂轮，以保持砂轮必要的形状精度。
4.砂轮粒度大小
砂轮的粒度号越大，其硬度应选低一些的，以免砂轮表面组织被磨屑堵塞。
5. 工件材科
磨削有色金属、橡胶、树脂等软材料，应选用较软的砂轮，以免砂轮表面被磨屑堵塞。
在机械加工中，常用的砂轮硬度是软2(H)至中2(N)。荒磨钢锭及铸件时可用中硬2(Q)的砂轮。
五、组 织
砂轮的组织反映了磨粒、结合剂、气孔三者之间的比例关系。磨粒在砂轮总体积中所占的比例越大，则砂轮的组织越紧密，气孔越小；反之，磨粒的比例越小，则组织越疏松，气孔越大。
砂轮组织的级别可分为紧密、中等、疏松三大类别(图14—2) ，细分可分为13级，见表14—5。
紧密组织的砂轮适用于重压力下的磨削。在成形磨削和精密磨削时，紧密组织的砂轮能保持砂轮的成形性，并可获得较小的粗糙度。
中等组织的砂轮适用于一般的磨削工作，如淬火钢的磨削及刀具刃磨等。
疏松组织的砂轮不易堵塞，适用于平面磨、内圆磨等磨削接触面积较大的工序，以及磨 削热敏性强的材料或薄工件。磨削软质材料最好采用组织号为10号以上的疏松组织，以免磨屑堵塞砂轮。大气孔砂轮的组织大约相当于10—14号的组织。这种砂轮的气孔尺寸可能要比磨粒尺寸大好几倍。适用于磨削热敏性材料(如磁钢、钨银合金等) 、薄壁零件、软金属(如铝) 等。也可用于磨削非金属软质材料。 一般砂轮未标明组织号，即为中等组织。
六、砂轮形状
常用砂轮的形状、代号及其用途见表14—6。
在砂轮的端面上一般都印有标志，例如
A60SV6P300×30×75，即代表该砂轮的磨料是棕刚玉，60号粒度，硬度为硬1，陶瓷结合剂，6号组织，平型砂轮，外径为300mm ，厚度为30mm ，内径为75mm 。
2 磨削加工类型和磨削运动
一、磨削加工类型
磨削加工可分为下列几种类型(见图14—3)
(1) 外圆磨削，包括外圆纵磨、外圆横磨和大切深缓进
给磨削；
(2) 内圆磨削；
(3) 平面磨削；
(4) 成形磨削，包括螺纹磨削；
(5) 砂带磨削；
(6) 无心磨削，包括内圆无心磨削；
(7) 砂轮切断；
(8) 超精磨削加工，包括绗磨、抛光、研磨和液体抛光。
二、磨削运动
磨削时，一般有四个运动，如图14—4所示。
(1)主运动V c ：是砂轮的旋转运动。主运动速度是砂轮外圆的线速度，
（14—1）
式中d 。—砂轮直径，mm ；
n。—砂轮转速，r ／s （m/s）
Vc ——砂轮线速度；即磨削速度，m ／s 。
(2)径向进给量f r ：工作台每双(单) 行程内工件相对砂轮径向移动的距离。其单位为mm ／d·str(当工作台每单行程作进给时，单位为mm/str；当作连续进给时，单位为mm ／s) 。一般情况下，f r ＝0.005—0.02mm/d·str
(3)轴向进结量f a ：工件相对砂轮沿轴向的进结运动。一般情况下f a ＝(0.2—0.8)B ；B 为砂轮宽度，单位是mm ；f a 的单位，圆磨是mm ／r ，平磨是mm ／(d·str)。
(4)工件速度V w ：
外圆磨削时
（14—2）
平面磨削时
(14—3)
式中 Vw —工件速度，m ／s ；
L——工作台行程，mm ，
dw ——工件直径，mm ；
nw ——工件转速，r ／s ；
n tab —工作台往复频率，s 。
-1
三、磨削时金属切除率
磨削时，每秒钟金属切除量
Q ＝1000·V w ·f r ·f a (mm／s)
Q 亦称为切除率，它表示磨削的生产率。而每秒钟内砂轮每1mm 宽度所切除的金属量，则称为单位砂轮宽度切除率，以Q B 表示：
3
(14—4)
式中 B—砂轮宽度，mm 。 [mm/(s·mm)] 3
3磨削加工表面形成机理和磨削要素
一、单个磨粒的磨削过程
磨削加工是靠砂轮表面随机排列的大量磨粒完成的。每一个磨粒均可近似地看做是一把微小的切刀，砂轮则可以看做是极大量微观切刀构成的铣刀（图14—5）。而这些微小切刀(磨粒) 的几何形状和标注角度又有很大的差异。各自的工
作情况亦相去甚远。但无论如何，研究单个磨粒的磨削过程，是研究磨削的基础。
1.磨粒的模型
由于磨粒是天然的或人造矿物结晶块的碎粒，其形状具有随机性质。每一个磨粒的切削机理都不仅包含着一切三维切削的内容，而且包含有非切削性质的内容。对如此繁多的细节问题进行解析几乎是不可能的。因此，有必要根据使用状态下的砂轮表面磨粒形状的统计特性来确立几种适宜的磨粒模型，以便简化研究工作。
图14—6a 所示是一个三角锥磨粒以一个表面作为前刀面进行切削的模型。它的切削状态可利用斜角切削原理进行解析。图14—6b 所示是三角锥磨粒以两个表面作为前刀面，假定两个前刀面的切削过程是独立的，则可分别利用斜角切削原理解析并进行组合作近似的求解。事实上两个前刀面的工作是相互制约的，磨屑分流的假定与实际流屑情况未必相符。图14—6c 所示棱锥体磨粒以三个或多个表面作为前刀面，问题就更复杂。特别是磨粒钝化后，磨粒的工作已经不是通常的切削，而是伴有严重的挤刮。因此，有入建议采用如下两种磨粒模型：通常情况下简化成顶角为120º的圆锥；钝化情况下简化为半球形。
2.磨削表面形成过程
在外圆磨削时，如果认为磨粒呈圆锥体形状，其锥体轴线在砂轮的半径方向上，且认为在磨粒通过的磨削路程形成的磨削条痕形状与磨粒形状相同，则磨削表面的形成过程可用图14—7所示模型说明。砂轮表面的磨粒A 在A 点切削，等到磨粒B 转到E 点切削时，工件上的AC 面移到DE 面上。在此期间，砂轮表面层的磨粒在图示位置上切削
A′A″C″C′面。然后，随着磨粒B 的通过，磨削加工表面的形成大致结束。由于砂轮表面上的磨粒并不是均匀排列在同一圆周上，也就是说，在砂轮径向具有某一深度的表层中的磨粒都可能或多或少地参与切削工作，因此磨削后形成的表面(图14—7b) 具有随机性质的不平度，它的大小与磨粒在砂轮半径方向上的分布情况有关，也与工件从AC 转到DE 位置这段期间所通过的磨粒数量有关。这些问题对于研究磨削表面质量和生产率均有实际意义。
3.实际磨粒的滑擦、耕犁与切削过程
实际上，磨粒具有很大的负前角和较大的切削刃钝圆半径。对于钝化的磨粒来说，平均前角约为γ。＝-45º，切削刃钝圆半径r n ≈100μm 。同时，磨粒的切削速度很高，因此它的工作过程(图14—8) 同一般刀具切削过程有很大差异。
在磨削过程中，由于磨粒在砂轮表面上所分布的高度很不规则，其中比较锋利且比较凸出的磨粒可以获得较大的切削厚度，而形成图14—9所示的切屑。但当磨粒与工件初接触时，由于磨粒具有较大的负前角和较大的切削刃钝圆半径，故磨粒没有切削作用，直至磨粒的切削厚度增大至某临界值后才开始下切屑。
仔细观察切下来的切屑，可以看到有带状切屑、挤裂(节状) 切屑和一些熔化后烧尽了的切屑灰烬。图14—9中带状切屑形似蝌蚪，其头部是由于在磨削高温作用下，切屑的一端熔化而形成的。磨削所看到的火花是切屑离开工件后氧化和燃烧的现象。
在砂轮表面上有些磨粒较钝，或虽然是新磨粒，但切削深度太小，在磨削过程中，磨粒的切削厚度未能达到临界值，因此不能形成切屑。这时，磨粒只是在工件表面上刻划出痕迹来，而工件材料则被挤向磨粒的两旁而隆起(图14—10) 。 砂轮表面的磨粒分布也是有高有低的。在磨削过程中，有些磨粒切削工件形成切屑，有些磨粒仅在工件表面上刻划出痕迹，还有一些磨粒既不切削也不刻划工件，而只是与工件表面产生滑擦(滑动和摩擦) 。因为磨削速度很高，这种滑擦会产生很高的温度，会引起被磨表面烧伤、裂纹等缺陷。
因此，磨粒与工件之间的滑擦作用对磨削表面质量影响较大。
由上述分析可知：磨粒在磨削过程中对工件的作用包括滑擦、耕犁和形成切屑。了解磨粒在磨削过程中的作用，对研究磨削力、磨削温度和磨削表面质量是很有意义的。 除了在被刻划出的沟痕两旁发生明显的隆起现象外，即使是被磨粒切削过的地方也有隆起现象产生(图14—11) 。这是因为磨粒具有负前角，切削刃有较大的钝圆半径以及磨粒切入工件的深度较小等原因，在磨削过程中，工件变形不仅发生在剪切面方向，而且在磨粒侧面产生，这样使剪切变形的面加宽了。因此，仅仅是磨粒所切出的沟内一部分材料才成为切屑。在沟痕两侧的材料虽然经受了塑性变形，却并不成为切屑，而在沟的两侧出现残余的隆起。
隆起现象对磨削表面粗糙度有较大的影响。试验证明：金属隆起高度竟有磨粒切入工件深度的30％—50％。图l4—12所示为隆起残留量与磨削速度V c 的关系。从图可见，隆起残留量是随着磨削速度V c 的增加而成线性下降的，当V c 进一步增加时，隆起残留量可趋于零。这是由于在高速度下，塑性变形的传播速度远小于磨削速度而使磨粒侧面的材料来不及变形的缘故。由此可知，当磨削速度超过塑性变形
的传播速度后，隆起现象就消失了。这就是高速磨削能减小磨削表面祖糙度的原因之一。
二、单个磨粒的切削厚度
由于磨粒在砂轮表面上是高低不一的，在前后位置上，有的磨粒对着前面的磨粒，有的磨粒则对着前面的空隙，因此，各个磨粒的切削层形状是不同的。如果磨粒正好对着前一磨粒的切痕，就得到图14—13中第1种的切削层形状；如果切在完全没有切过的地方，就得到第5种切削层形状；其他位置不同的磨粒则可能得到图中其他切削层形状。 为了便于分析，假设磨粒前后对齐，并均匀地分布在砂轮的外圆表面上，即图14—13中第1种切削层形状。图14—14是在上述假设前提下的平面磨削的情况。
当砂轮上A 点转到B 点时，工件上的C 点就移到B 点，这时ABC 这层材料就被磨掉了。此时磨去的最大厚度为BD ，参加切削的磨粒数为
×m(m为砂轮每毫米圆周长上的磨粒数) 。则单个磨粒的最大切削厚度h Dgmax 为：
hDgmax =BD/(
(14—5) ·m)
将BCD 近似看成一直角三角形，则
BD＝BC·sinθ (14—5·1)
砂轮以速度V c 运动，当从A 点转到B 点时，如需要时间为t m ，在同样的时间内工件以V w 的速度移动了BC ，则
(14—5·2)
BC=Vw ·tm (14—5·3)
BC/
而
cos θ＝0E ／OB(dt /2一f r ) ／(dt /2)＝(dt 一2f r ) ／d t
∴
通常d t 》f r 故可略去(
) 一项，得： =Vc ·tm =Vw /Vc
(14—5·4)
将式14—5·l 至14—5·4代入式14—5得，
(14—6)
式中 hDgmax —单个磨粒的最大切削厚度，mm ；
Vc 、V w ——分别为砂轮、工件的速度，m ／s ； m——砂轮每mm 圆周长上的磨粒数，mm ； fr —径向进给量，mm ；
dt —砂轮直径，mm 。
上述推导过程中，没有考虑砂轮宽度B 和轴向进给量f a 。由于有了f a 的运动后，使投入磨削的金属量增加，故h Dgmax 与f a 成正比；同时，B 大时，同时参加工作的磨粒数目增加，分担在每个磨粒上的磨削量减少，故h Dgmax 与B 成反比。考虑了这些因素，式14—6可改写为：
(14—7) -1
同理可得外圆磨削时每个磨粒的最大切削厚度为：
(14—8)
上述的公式是假定磨粒均匀分布的前提下得到的。实际上因磨粒在砂轮表面上分布极不规则，各个磨粒的切削厚度相差很大。但从上式可定性地分析各因素对磨粒切削厚度的影响：
(1)工件速度V w 、轴向进给量f a 和径向进给量f r 增加时，h Dgmax 将增加；
(2)砂轮速度V c 砂轮直径d t 和砂轮宽度B 增大时，h Dgmax 将减小；
(3)粒度号数大的(细粒) 砂轮因其加大，故h Dgmax 减小。
单个磨粒的切削厚度加大时，作用在磨粒上的切削力也增大，将影响砂轮磨损、磨削温度及已加工表面质量等。通过对h Dgmax 的分析，可以有助于理解这些规律。
一、高精度、小粗糙度磨削
前面已谈到：磨削表面微观不平度变大的主要原因，是磨床主轴振动和砂轮表面的磨粒切削刃高度不一致。这就是影响进行高精度、小粗糙度磨削的主要障碍。因此，需从下列两方面入手解决这个问题。
1.对砂轮的要求
实现高精度、小粗糙度磨削时，对砂轮表面状态的要求是：砂轮表面的磨粒应具有微刃性和等高性(图14—27) 。
磨削时，磨粒在工件表面上只切下微细的切屑，同时在适当的磨削压力下，借助半钝状态的微刃与工件表面间产生的摩擦而起抛光作用来获得高精度和小粗糙度的磨削表面。例如用小修整导程和小修整深度修整的较细粒度(60一320﹟﹟) 的砂轮来磨削工件，能获得小粗糙度Rz0.1—0.2μm （▽12）；若用更细的粒度(W14—W5) 、树脂结合剂并加有石墨填料的砂
轮，经过更精细地修整砂轮，在适当的磨削压力下，经过一定时间的磨削—抛光作用，则可获得Rz0.05μm （▽14）的表面—镜面。
2. 对磨床的要求
进行高精度、小粗糙度磨削的磨床，其砂轮主轴应有高的回转精度；运转部件要求经过很好地动平衡；进给机构运动精度要高、灵敏和稳定，其中特别要求工作台在低速修整砂轮时无爬行现象，往复速度差不超过10％，这是位砂轮表面磨粒切削刃获得微刃性和等高性的基本要求。
其次还要求切削液供应充分，并需进行精细的过滤。
3.工艺参数的选择
外圆磨削时参数见附录13表13.1，内圆磨削时参数见附录13的表13.2，平面磨削参数见附录的表13.3。
二、高效磨削
采用高效磨削可提高生产效率，扩大磨削加工范围。
1.高速磨削
普通磨床的砂轮速度为30—35m ／s 。当砂轮速度高于45或50m/s以上时，称为高速磨削。
(1)高速磨削机理：砂轮速度提高后，使单位时间内通过磨削区的磨粒数增加。若进给量保持与普通磨削时相同，则高速磨削时每颗磨粒切削厚度变薄，同时使每颗磨粒的负荷减小。因此，高速磨削有如下特点：
①生产率高。如果高速磨削切削厚度保持与普通磨削一样，则高速磨削可相应提高进给量，所以生产率比普通磨削高30％—100％。
②砂轮使用寿命可提高。由于每颗磨粒上所承受的切削负荷减小，则每颗磨粒的磨削时间可相对延长，因此可提高砂轮的使用寿命。
③可提高精度和减小磨削表面的粗糙度。由于每颗磨粒切削厚度变薄，每颗磨粒在通过磨削区时，在工件表面上留下的磨痕深度减小。同时，由于速度提高，使磨削表面由于塑性变形而形成的隆起高度也减小，因此可减小磨削表面粗糙度。
由于切削厚度薄，所以径向磨削力F p 也相应减小，从而有利于保证工件(特别是刚性差的工件) 的加工精度。
④改善磨削表面质量。在高速磨削时，需要相应提高工件转速，使砂轮与工件的接触时间缩短，这样使传至工件的磨削热减少，从而减少或避免产生烧伤和裂纹的现象。
(2)磨床改装及其他措施：由于高速磨削的速度(50—80m ／s) 比普通磨削高，因此磨床的功率应相应增加，同时，在防振和防止砂轮破裂的安全方面部要采取有效的措施。 高速磨削过程中，磨削温度较高。为了减少和避免磨削烧伤和裂纹，可采用加有极压添加剂的切削液，以减少磨粒和工件之间的摩擦，从而减少磨削热的产生。
(3)砂轮的选择：由于高速磨削的特点，应用的砂轮需作恰当选择(表14—12) 。
高速磨削一般碳钢或合金钢时，最好采用棕刚玉(A)和微晶刚玉(MA)。磨球墨铸铁时则可采用棕钢玉(A)和绿色碳化硅(GC)的混合磨料。
(4)高速磨削参数：按附录14选择。
2.强力磨削
强力磨削就是以大的径向进给量(可达十几毫米) 和缓慢的纵向进给量进行磨削。
(1)强力磨削的机理：普通磨削的纵向进给速度通常为0.033—0.042m ／s(2—2.5m ／min) ，而强力磨削的纵向进给速度则为0.000166—0.005m/s(0.0l一0.3m ／min) 。这样就使单个磨粒的切削厚度大为减小，因而作用在每个磨粒上的力也减小。
(2)强力磨削的特点：
①生产效率高：由于采用缓速纵向进给和大的径向进给，这样就可在铸、锻毛坯上直接磨出零件所要求的表面形状及尺寸。同时，由于径向进给大，故砂轮与工件的接触弧长要比普通磨削时的接触孤长大得多（图14-28）。这样，单位时间内同时参加磨削工作的磨粒数目随着径向进给量的增大而增加。因此，能充分发挥机床和砂轮的潜力，使生产效率得以提高。
②扩大磨削工艺范围：由于径向进给量f r 很大，对毛坯加工能一次成形，所以能有效地解决一些难加工材料(如燃气轮机的叶片) 的成型表面的加工问题。
③不易损伤砂轮：强力磨削时，工件作缓慢的纵向进给，这样便减轻了磨粒与工件边缘的冲击。同时也减少了机床的振动，已加工表面的波纹小。
④精度稳定：由于单个磨粒的切削厚度小，每个磨粒上所受的力也小，因而能在较长的时间内保持砂轮的轮廓形状，所以被磨削零件的精度比较稳定。
⑤磨削力和磨削热大：大的径向进给，使同时参加工作的磨粒数增加。这样虽然大大地提高生产率，但也增大了切削力和切削热。因此，进行强力磨削时必须充分供应切削液，以降低磨削温度，保证磨削表面质量。
采用强力磨削时，磨床须进行必要的改装。砂轮的选择亦应适应上述特点；例如，宜用粗粒度和大气孔或琉松组织的砂轮，以利于排屑和散热等。
3.砂带磨削
砂带磨削是一种新的高效磨削方法，自60年代以来，它的发展极为迅速，应用范围也越来越广泛。估计工业发达国家的磨削加工，目前，约有1/3左右由砂带取代砂轮。而原联邦德国尤为突出，早在1963年，砂带磨削已占磨削加工量的50％—60％。
砂带磨削具有下列几个特点：
(1)设备简单：砂带磨削设备一般都比较简单，如图14—29所示，砂带安装在压轮(接触轮) 和张紧轮上，由回转运动实现切削运动；工件自传送带送至支承板上方的磨削区，实现进给运动，经过砂带磨削区即完成加工任务。
(2)生产效率高：砂带磨削的生产效率很高，它比铣削的生产效率高10倍；如以切除同样金属余量的加工时间作比较，则铣削、拉削或砂轮磨削比砂带磨削要多4—10倍。
(3)加工质量好：砂带磨削的粗糙度，一般达到及Ra0.63—0.16μm(▽7—▽9)，加工精度也比较高。
(4)能磨削复杂形面：砂带具有一定的柔曲性，能磨削复杂形面的工件。如图14—30所示，导向板外形是和工件成形表面相适应的，改变导向板的外形，就可磨削所需的工件成形表面。也可将压轮设计成相应的成形表面，用以加工回转体或平面的成形表面。如果工件成形表面的截面变化较大，为避免砂带折裂和磨粒脱落，可采用分段成形磨削。砂带成形磨削的应用比较广泛，如导弹头外形、航空喷气发动机叶片的复杂形面等精密加工。
由于砂带磨削的应用十分广泛，故有七十年代万能工具的称誉。目前，强力砂带磨削和宽砂带(宽度达3m 甚至更宽) 应用，使生产率进一步得到提高；与此相应出现了高刚性、高强度的砂带磨床，有的磨床电动机功率高达
182.5KW(250HP)。砂带磨削总的趋势是向着高生产率和砂带高使用寿命方向发展。
4.适应控制磨削
磨削的适应控制，是在变化着的工作条件(如工件毛坯余量、硬度和工件刚性等) 变化较大、难以预知的情况下，利用适控系统，使有关的磨削用量与之相适应，从而使磨削过程始终处于或接近一个稳定的最佳状态，这样就能最大限度地合理利用机床和砂轮的切削能力，在保证工件质量的前提下提高加工效率，降低加工成本，防止设备和工具发生事故，使磨削过程实现最优化(见图14—32) 。
适应控制可分为约束适控和最佳适控。约束适控是按照某个预定目标，根据给定的约束值或约束函数进行切削用量的调节。最佳适控是能够在给定的约束条件范围内按照确定
的评价函数(数学模型) 来处理测量数据，并计算出相应的校正参数值，使加工系统达到预期的最佳目标。与约束适控相比，它的特点是在磨削过程中能够按照预定的逻辑来确定用以作为适控根据的最佳条件，亦即可实现加工最优化。
砂轮的特性和砂轮选择
砂轮是由磨料加结合剂用制造陶瓷的工艺方法制成的。制造砂轮时，用不同的配方和不同的投料密度来控制砂轮的硬度和组织。
砂轮的特性由下列五个因素来决定：磨料、粒度、结合剂、硬度和组织。
一、磨 料
常用的磨料有氧化物系、碳化物系、高硬磨科系三类。 氧化物系磨料的主要成分是A1203，由于它的纯度不同和加入金属元素不同，而分为不同的品种。碳化物系磨料主要以碳化硅、碳化硼等为基体，也是因材料的纯度不同而分为不同品种。高硬磨料系中主要有人造金刚石和立方氮化硼。
各种磨料的特性及适用范围见附录表14—1。其中立方氮化硼是我国近年发展起来的新型磨科，虽然它的硬度比金刚石略低，但其耐热性(1400℃)比金刚石(800℃)高出许多，而且对铁元素的化学惰性高，所以特别适合于磨削既硬又韧的钢材。在加工高速钢、模具钢、耐热钢时，立方氮化硼的工作能力超过金刚石5—10倍。同时，立方氮化硼的磨粒切
削刃锋利，在磨削时可减小加工表面材料的塑性变形，因此，磨出的表面粗糙度比用一般砂轮小。
在相同切削条件下，立方氮化硼砂轮加工所得的表面层为残余压应力，而氧化铝砂轮加工的表面层为残余张应力(参看图14—1) 。所以用立方氮化硼砂轮所加工出的零件，其使用寿命要高些。由此可见，立方氮化硼是一种很有前途的磨料。
二、粒 度
粒度表示磨粒的大小程度。以磨粒刚能通过的一号筛网的网号来表示磨粒的粒度。例如60粒度是指磨粒刚可通过
每英寸长度上有60个孔眼的筛网。
当磨粒的直径小于40μm 时，这些磨粒称为微粉。它的粒度以微粉的尺寸大小来表示。如尺寸为28μm 的微粉，其粒度号标为W28。
磨粒粒度及其尺寸范围见表14—2。
磨粒粒度对磨削生产率和加工表面粗糙度有很大的影响。一般来说，粗磨用颗粒较粗的磨粒，精磨用颗粒较细的磨粒。当工件材料软、塑性大和磨削面积大时，为避免堵塞砂轮，也可采用较粗的磨粒。常用的砂轮粒度及其应用范围见表14—3。
三、结 合 剂
结合剂的作用是将磨粒粘合在一起，使砂轮具有必要的形状和强度。常用的砂轮结合剂有：
1.陶瓷结合剂(Vitrified，代号V)
它是由粘土、长石、滑石、硼玻璃和硅石等陶瓷材料配制而成。特点是化学性质稳定，耐水、耐酸、耐热和成本低，
但较脆。所以除切断砂轮外，大多数砂轮都是采用陶瓷结合剂。它所制成的砂轮线速度一般为35m ／s 。
2.树脂结合剂(Bakelite，代号B)
其成分主要为酚醛树脂，但也有采用环氧树脂的。 树脂结合剂的强度高，弹性好，故多用于高速磨削、切断和开槽等工序，也用于制作荒磨砂轮、砂瓦等。但是，树脂结合剂的耐热性差，当磨削温度达200—300℃时，它的结合能力便大大降低。利用它强度降低时磨粒易于脱落而露出锋利的新磨粒(自砺) 的特点，在一些对磨削烧伤和磨削裂纹特别敏感的工序(如磨薄壁件、超精磨或刃磨硬质合金等) 都可采用 树脂结合剂。
人造树脂与碱性物质会起化学作用。在采用树脂砂轮时，切削液的含碱量不宜超过1.5％。另外，树脂结合制砂轮也不宜长期存放，存放太久可能会变质而使结合强度降低。
3. 橡胶结合剂(Rubber，代号R)
多数采用人造橡胶。橡胶结合剂比树脂结合剂更富有弹性，可使砂轮具有良好的抛光作用。多用于制作无心磨床的导轮和切断、开槽及抛光砂轮。但不宜于用作粗加工砂轮。
4.金属结合剂(Metal，代号M)
常见的是青铜结合剂，主要用于制作金刚石砂轮。青铜结合剂金刚石砂轮的特点是型 面的成型性好，强度高，有—定韧性，但自砺性较差。主要用于粗磨、半精磨硬质合金以及切断光学玻璃、陶瓷、半导体等。
四、硬 度
砂轮的硬度是反映磨粒在磨削力作用下，从砂轮表面上脱落的难易程度。砂轮硬，即表示磨粒难以脱落；砂轮软，表示磨粒容易脱落。
砂轮的软硬和磨粒的软硬是两个不同的概念，必须区分清楚。砂轮硬度等级见表14—4。
选用砂轮时，应注意硬度选得适当。若砂轮选得太硬，会使磨钝了的磨粒不能及时脱落，因而产生大量磨削热，造成工件烧伤；若选得太软，会使磨粒脱落得太快而不能充分发挥其切削作用。
选择砂轮硬度时，可参照以下几条原则：
1.工件硬度
工件材料越硬，砂轮硬度应选得软些，使磨钝了的磨粒快点脱落，以便砂轮经常保持有锐利的磨粒在工作，避免工件因磨削温度过高而烧伤。工件材料越软，砂轮的硬度应选
得硬些，使磨粒脱落得慢些，以便充分发挥磨粒的切削作用。
2.加工接触面
砂轮与工件的接触面大时，应选用软砂轮，使磨粒脱落快些，以免工件因磨屑堵塞砂轮表面而引起表面烧伤。内圆磨削和端面平磨时，砂轮硬度应比外圆磨削的砂轮硬度低。磨削薄壁零件及导热性差的工件时，砂轮硬度也应选得低些。
3.精磨和成形磨削
精磨和成形磨削时，应选用硬一些的砂轮，以保持砂轮必要的形状精度。
4.砂轮粒度大小
砂轮的粒度号越大，其硬度应选低一些的，以免砂轮表面组织被磨屑堵塞。
5. 工件材科
磨削有色金属、橡胶、树脂等软材料，应选用较软的砂轮，以免砂轮表面被磨屑堵塞。
在机械加工中，常用的砂轮硬度是软2(H)至中2(N)。荒磨钢锭及铸件时可用中硬2(Q)的砂轮。
五、组 织
砂轮的组织反映了磨粒、结合剂、气孔三者之间的比例关系。磨粒在砂轮总体积中所占的比例越大，则砂轮的组织越紧密，气孔越小；反之，磨粒的比例越小，则组织越疏松，气孔越大。
砂轮组织的级别可分为紧密、中等、疏松三大类别(图14—2) ，细分可分为13级，见表14—5。
紧密组织的砂轮适用于重压力下的磨削。在成形磨削和精密磨削时，紧密组织的砂轮能保持砂轮的成形性，并可获得较小的粗糙度。
中等组织的砂轮适用于一般的磨削工作，如淬火钢的磨削及刀具刃磨等。
疏松组织的砂轮不易堵塞，适用于平面磨、内圆磨等磨削接触面积较大的工序，以及磨 削热敏性强的材料或薄工件。磨削软质材料最好采用组织号为10号以上的疏松组织，以免磨屑堵塞砂轮。大气孔砂轮的组织大约相当于10—14号的组织。这种砂轮的气孔尺寸可能要比磨粒尺寸大好几倍。适用于磨削热敏性材料(如磁钢、钨银合金等) 、薄壁零件、软金属(如铝) 等。也可用于磨削非金属软质材料。 一般砂轮未标明组织号，即为中等组织。
六、砂轮形状
常用砂轮的形状、代号及其用途见表14—6。
在砂轮的端面上一般都印有标志，例如
A60SV6P300×30×75，即代表该砂轮的磨料是棕刚玉，60号粒度，硬度为硬1，陶瓷结合剂，6号组织，平型砂轮，外径为300mm ，厚度为30mm ，内径为75mm 。
2 磨削加工类型和磨削运动
一、磨削加工类型
磨削加工可分为下列几种类型(见图14—3)
(1) 外圆磨削，包括外圆纵磨、外圆横磨和大切深缓进
给磨削；
(2) 内圆磨削；
(3) 平面磨削；
(4) 成形磨削，包括螺纹磨削；
(5) 砂带磨削；
(6) 无心磨削，包括内圆无心磨削；
(7) 砂轮切断；
(8) 超精磨削加工，包括绗磨、抛光、研磨和液体抛光。
二、磨削运动
磨削时，一般有四个运动，如图14—4所示。
(1)主运动V c ：是砂轮的旋转运动。主运动速度是砂轮外圆的线速度，
（14—1）
式中d 。—砂轮直径，mm ；
n。—砂轮转速，r ／s （m/s）
Vc ——砂轮线速度；即磨削速度，m ／s 。
(2)径向进给量f r ：工作台每双(单) 行程内工件相对砂轮径向移动的距离。其单位为mm ／d·str(当工作台每单行程作进给时，单位为mm/str；当作连续进给时，单位为mm ／s) 。一般情况下，f r ＝0.005—0.02mm/d·str
(3)轴向进结量f a ：工件相对砂轮沿轴向的进结运动。一般情况下f a ＝(0.2—0.8)B ；B 为砂轮宽度，单位是mm ；f a 的单位，圆磨是mm ／r ，平磨是mm ／(d·str)。
(4)工件速度V w ：
外圆磨削时
（14—2）
平面磨削时
(14—3)
式中 Vw —工件速度，m ／s ；
L——工作台行程，mm ，
dw ——工件直径，mm ；
nw ——工件转速，r ／s ；
n tab —工作台往复频率，s 。
-1
三、磨削时金属切除率
磨削时，每秒钟金属切除量
Q ＝1000·V w ·f r ·f a (mm／s)
Q 亦称为切除率，它表示磨削的生产率。而每秒钟内砂轮每1mm 宽度所切除的金属量，则称为单位砂轮宽度切除率，以Q B 表示：
3
(14—4)
式中 B—砂轮宽度，mm 。 [mm/(s·mm)] 3
3磨削加工表面形成机理和磨削要素
一、单个磨粒的磨削过程
磨削加工是靠砂轮表面随机排列的大量磨粒完成的。每一个磨粒均可近似地看做是一把微小的切刀，砂轮则可以看做是极大量微观切刀构成的铣刀（图14—5）。而这些微小切刀(磨粒) 的几何形状和标注角度又有很大的差异。各自的工
作情况亦相去甚远。但无论如何，研究单个磨粒的磨削过程，是研究磨削的基础。
1.磨粒的模型
由于磨粒是天然的或人造矿物结晶块的碎粒，其形状具有随机性质。每一个磨粒的切削机理都不仅包含着一切三维切削的内容，而且包含有非切削性质的内容。对如此繁多的细节问题进行解析几乎是不可能的。因此，有必要根据使用状态下的砂轮表面磨粒形状的统计特性来确立几种适宜的磨粒模型，以便简化研究工作。
图14—6a 所示是一个三角锥磨粒以一个表面作为前刀面进行切削的模型。它的切削状态可利用斜角切削原理进行解析。图14—6b 所示是三角锥磨粒以两个表面作为前刀面，假定两个前刀面的切削过程是独立的，则可分别利用斜角切削原理解析并进行组合作近似的求解。事实上两个前刀面的工作是相互制约的，磨屑分流的假定与实际流屑情况未必相符。图14—6c 所示棱锥体磨粒以三个或多个表面作为前刀面，问题就更复杂。特别是磨粒钝化后，磨粒的工作已经不是通常的切削，而是伴有严重的挤刮。因此，有入建议采用如下两种磨粒模型：通常情况下简化成顶角为120º的圆锥；钝化情况下简化为半球形。
2.磨削表面形成过程
在外圆磨削时，如果认为磨粒呈圆锥体形状，其锥体轴线在砂轮的半径方向上，且认为在磨粒通过的磨削路程形成的磨削条痕形状与磨粒形状相同，则磨削表面的形成过程可用图14—7所示模型说明。砂轮表面的磨粒A 在A 点切削，等到磨粒B 转到E 点切削时，工件上的AC 面移到DE 面上。在此期间，砂轮表面层的磨粒在图示位置上切削
A′A″C″C′面。然后，随着磨粒B 的通过，磨削加工表面的形成大致结束。由于砂轮表面上的磨粒并不是均匀排列在同一圆周上，也就是说，在砂轮径向具有某一深度的表层中的磨粒都可能或多或少地参与切削工作，因此磨削后形成的表面(图14—7b) 具有随机性质的不平度，它的大小与磨粒在砂轮半径方向上的分布情况有关，也与工件从AC 转到DE 位置这段期间所通过的磨粒数量有关。这些问题对于研究磨削表面质量和生产率均有实际意义。
3.实际磨粒的滑擦、耕犁与切削过程
实际上，磨粒具有很大的负前角和较大的切削刃钝圆半径。对于钝化的磨粒来说，平均前角约为γ。＝-45º，切削刃钝圆半径r n ≈100μm 。同时，磨粒的切削速度很高，因此它的工作过程(图14—8) 同一般刀具切削过程有很大差异。
在磨削过程中，由于磨粒在砂轮表面上所分布的高度很不规则，其中比较锋利且比较凸出的磨粒可以获得较大的切削厚度，而形成图14—9所示的切屑。但当磨粒与工件初接触时，由于磨粒具有较大的负前角和较大的切削刃钝圆半径，故磨粒没有切削作用，直至磨粒的切削厚度增大至某临界值后才开始下切屑。
仔细观察切下来的切屑，可以看到有带状切屑、挤裂(节状) 切屑和一些熔化后烧尽了的切屑灰烬。图14—9中带状切屑形似蝌蚪，其头部是由于在磨削高温作用下，切屑的一端熔化而形成的。磨削所看到的火花是切屑离开工件后氧化和燃烧的现象。
在砂轮表面上有些磨粒较钝，或虽然是新磨粒，但切削深度太小，在磨削过程中，磨粒的切削厚度未能达到临界值，因此不能形成切屑。这时，磨粒只是在工件表面上刻划出痕迹来，而工件材料则被挤向磨粒的两旁而隆起(图14—10) 。 砂轮表面的磨粒分布也是有高有低的。在磨削过程中，有些磨粒切削工件形成切屑，有些磨粒仅在工件表面上刻划出痕迹，还有一些磨粒既不切削也不刻划工件，而只是与工件表面产生滑擦(滑动和摩擦) 。因为磨削速度很高，这种滑擦会产生很高的温度，会引起被磨表面烧伤、裂纹等缺陷。
因此，磨粒与工件之间的滑擦作用对磨削表面质量影响较大。
由上述分析可知：磨粒在磨削过程中对工件的作用包括滑擦、耕犁和形成切屑。了解磨粒在磨削过程中的作用，对研究磨削力、磨削温度和磨削表面质量是很有意义的。 除了在被刻划出的沟痕两旁发生明显的隆起现象外，即使是被磨粒切削过的地方也有隆起现象产生(图14—11) 。这是因为磨粒具有负前角，切削刃有较大的钝圆半径以及磨粒切入工件的深度较小等原因，在磨削过程中，工件变形不仅发生在剪切面方向，而且在磨粒侧面产生，这样使剪切变形的面加宽了。因此，仅仅是磨粒所切出的沟内一部分材料才成为切屑。在沟痕两侧的材料虽然经受了塑性变形，却并不成为切屑，而在沟的两侧出现残余的隆起。
隆起现象对磨削表面粗糙度有较大的影响。试验证明：金属隆起高度竟有磨粒切入工件深度的30％—50％。图l4—12所示为隆起残留量与磨削速度V c 的关系。从图可见，隆起残留量是随着磨削速度V c 的增加而成线性下降的，当V c 进一步增加时，隆起残留量可趋于零。这是由于在高速度下，塑性变形的传播速度远小于磨削速度而使磨粒侧面的材料来不及变形的缘故。由此可知，当磨削速度超过塑性变形
的传播速度后，隆起现象就消失了。这就是高速磨削能减小磨削表面祖糙度的原因之一。
二、单个磨粒的切削厚度
由于磨粒在砂轮表面上是高低不一的，在前后位置上，有的磨粒对着前面的磨粒，有的磨粒则对着前面的空隙，因此，各个磨粒的切削层形状是不同的。如果磨粒正好对着前一磨粒的切痕，就得到图14—13中第1种的切削层形状；如果切在完全没有切过的地方，就得到第5种切削层形状；其他位置不同的磨粒则可能得到图中其他切削层形状。 为了便于分析，假设磨粒前后对齐，并均匀地分布在砂轮的外圆表面上，即图14—13中第1种切削层形状。图14—14是在上述假设前提下的平面磨削的情况。
当砂轮上A 点转到B 点时，工件上的C 点就移到B 点，这时ABC 这层材料就被磨掉了。此时磨去的最大厚度为BD ，参加切削的磨粒数为
×m(m为砂轮每毫米圆周长上的磨粒数) 。则单个磨粒的最大切削厚度h Dgmax 为：
hDgmax =BD/(
(14—5) ·m)
将BCD 近似看成一直角三角形，则
BD＝BC·sinθ (14—5·1)
砂轮以速度V c 运动，当从A 点转到B 点时，如需要时间为t m ，在同样的时间内工件以V w 的速度移动了BC ，则
(14—5·2)
BC=Vw ·tm (14—5·3)
BC/
而
cos θ＝0E ／OB(dt /2一f r ) ／(dt /2)＝(dt 一2f r ) ／d t
∴
通常d t 》f r 故可略去(
) 一项，得： =Vc ·tm =Vw /Vc
(14—5·4)
将式14—5·l 至14—5·4代入式14—5得，
(14—6)
式中 hDgmax —单个磨粒的最大切削厚度，mm ；
Vc 、V w ——分别为砂轮、工件的速度，m ／s ； m——砂轮每mm 圆周长上的磨粒数，mm ； fr —径向进给量，mm ；
dt —砂轮直径，mm 。
上述推导过程中，没有考虑砂轮宽度B 和轴向进给量f a 。由于有了f a 的运动后，使投入磨削的金属量增加，故h Dgmax 与f a 成正比；同时，B 大时，同时参加工作的磨粒数目增加，分担在每个磨粒上的磨削量减少，故h Dgmax 与B 成反比。考虑了这些因素，式14—6可改写为：
(14—7) -1
同理可得外圆磨削时每个磨粒的最大切削厚度为：
(14—8)
上述的公式是假定磨粒均匀分布的前提下得到的。实际上因磨粒在砂轮表面上分布极不规则，各个磨粒的切削厚度相差很大。但从上式可定性地分析各因素对磨粒切削厚度的影响：
(1)工件速度V w 、轴向进给量f a 和径向进给量f r 增加时，h Dgmax 将增加；
(2)砂轮速度V c 砂轮直径d t 和砂轮宽度B 增大时，h Dgmax 将减小；
(3)粒度号数大的(细粒) 砂轮因其加大，故h Dgmax 减小。
单个磨粒的切削厚度加大时，作用在磨粒上的切削力也增大，将影响砂轮磨损、磨削温度及已加工表面质量等。通过对h Dgmax 的分析，可以有助于理解这些规律。
一、高精度、小粗糙度磨削
前面已谈到：磨削表面微观不平度变大的主要原因，是磨床主轴振动和砂轮表面的磨粒切削刃高度不一致。这就是影响进行高精度、小粗糙度磨削的主要障碍。因此，需从下列两方面入手解决这个问题。
1.对砂轮的要求
实现高精度、小粗糙度磨削时，对砂轮表面状态的要求是：砂轮表面的磨粒应具有微刃性和等高性(图14—27) 。
磨削时，磨粒在工件表面上只切下微细的切屑，同时在适当的磨削压力下，借助半钝状态的微刃与工件表面间产生的摩擦而起抛光作用来获得高精度和小粗糙度的磨削表面。例如用小修整导程和小修整深度修整的较细粒度(60一320﹟﹟) 的砂轮来磨削工件，能获得小粗糙度Rz0.1—0.2μm （▽12）；若用更细的粒度(W14—W5) 、树脂结合剂并加有石墨填料的砂
轮，经过更精细地修整砂轮，在适当的磨削压力下，经过一定时间的磨削—抛光作用，则可获得Rz0.05μm （▽14）的表面—镜面。
2. 对磨床的要求
进行高精度、小粗糙度磨削的磨床，其砂轮主轴应有高的回转精度；运转部件要求经过很好地动平衡；进给机构运动精度要高、灵敏和稳定，其中特别要求工作台在低速修整砂轮时无爬行现象，往复速度差不超过10％，这是位砂轮表面磨粒切削刃获得微刃性和等高性的基本要求。
其次还要求切削液供应充分，并需进行精细的过滤。
3.工艺参数的选择
外圆磨削时参数见附录13表13.1，内圆磨削时参数见附录13的表13.2，平面磨削参数见附录的表13.3。
二、高效磨削
采用高效磨削可提高生产效率，扩大磨削加工范围。
1.高速磨削
普通磨床的砂轮速度为30—35m ／s 。当砂轮速度高于45或50m/s以上时，称为高速磨削。
(1)高速磨削机理：砂轮速度提高后，使单位时间内通过磨削区的磨粒数增加。若进给量保持与普通磨削时相同，则高速磨削时每颗磨粒切削厚度变薄，同时使每颗磨粒的负荷减小。因此，高速磨削有如下特点：
①生产率高。如果高速磨削切削厚度保持与普通磨削一样，则高速磨削可相应提高进给量，所以生产率比普通磨削高30％—100％。
②砂轮使用寿命可提高。由于每颗磨粒上所承受的切削负荷减小，则每颗磨粒的磨削时间可相对延长，因此可提高砂轮的使用寿命。
③可提高精度和减小磨削表面的粗糙度。由于每颗磨粒切削厚度变薄，每颗磨粒在通过磨削区时，在工件表面上留下的磨痕深度减小。同时，由于速度提高，使磨削表面由于塑性变形而形成的隆起高度也减小，因此可减小磨削表面粗糙度。
由于切削厚度薄，所以径向磨削力F p 也相应减小，从而有利于保证工件(特别是刚性差的工件) 的加工精度。
④改善磨削表面质量。在高速磨削时，需要相应提高工件转速，使砂轮与工件的接触时间缩短，这样使传至工件的磨削热减少，从而减少或避免产生烧伤和裂纹的现象。
(2)磨床改装及其他措施：由于高速磨削的速度(50—80m ／s) 比普通磨削高，因此磨床的功率应相应增加，同时，在防振和防止砂轮破裂的安全方面部要采取有效的措施。 高速磨削过程中，磨削温度较高。为了减少和避免磨削烧伤和裂纹，可采用加有极压添加剂的切削液，以减少磨粒和工件之间的摩擦，从而减少磨削热的产生。
(3)砂轮的选择：由于高速磨削的特点，应用的砂轮需作恰当选择(表14—12) 。
高速磨削一般碳钢或合金钢时，最好采用棕刚玉(A)和微晶刚玉(MA)。磨球墨铸铁时则可采用棕钢玉(A)和绿色碳化硅(GC)的混合磨料。
(4)高速磨削参数：按附录14选择。
2.强力磨削
强力磨削就是以大的径向进给量(可达十几毫米) 和缓慢的纵向进给量进行磨削。
(1)强力磨削的机理：普通磨削的纵向进给速度通常为0.033—0.042m ／s(2—2.5m ／min) ，而强力磨削的纵向进给速度则为0.000166—0.005m/s(0.0l一0.3m ／min) 。这样就使单个磨粒的切削厚度大为减小，因而作用在每个磨粒上的力也减小。
(2)强力磨削的特点：
①生产效率高：由于采用缓速纵向进给和大的径向进给，这样就可在铸、锻毛坯上直接磨出零件所要求的表面形状及尺寸。同时，由于径向进给大，故砂轮与工件的接触弧长要比普通磨削时的接触孤长大得多（图14-28）。这样，单位时间内同时参加磨削工作的磨粒数目随着径向进给量的增大而增加。因此，能充分发挥机床和砂轮的潜力，使生产效率得以提高。
②扩大磨削工艺范围：由于径向进给量f r 很大，对毛坯加工能一次成形，所以能有效地解决一些难加工材料(如燃气轮机的叶片) 的成型表面的加工问题。
③不易损伤砂轮：强力磨削时，工件作缓慢的纵向进给，这样便减轻了磨粒与工件边缘的冲击。同时也减少了机床的振动，已加工表面的波纹小。
④精度稳定：由于单个磨粒的切削厚度小，每个磨粒上所受的力也小，因而能在较长的时间内保持砂轮的轮廓形状，所以被磨削零件的精度比较稳定。
⑤磨削力和磨削热大：大的径向进给，使同时参加工作的磨粒数增加。这样虽然大大地提高生产率，但也增大了切削力和切削热。因此，进行强力磨削时必须充分供应切削液，以降低磨削温度，保证磨削表面质量。
采用强力磨削时，磨床须进行必要的改装。砂轮的选择亦应适应上述特点；例如，宜用粗粒度和大气孔或琉松组织的砂轮，以利于排屑和散热等。
3.砂带磨削
砂带磨削是一种新的高效磨削方法，自60年代以来，它的发展极为迅速，应用范围也越来越广泛。估计工业发达国家的磨削加工，目前，约有1/3左右由砂带取代砂轮。而原联邦德国尤为突出，早在1963年，砂带磨削已占磨削加工量的50％—60％。
砂带磨削具有下列几个特点：
(1)设备简单：砂带磨削设备一般都比较简单，如图14—29所示，砂带安装在压轮(接触轮) 和张紧轮上，由回转运动实现切削运动；工件自传送带送至支承板上方的磨削区，实现进给运动，经过砂带磨削区即完成加工任务。
(2)生产效率高：砂带磨削的生产效率很高，它比铣削的生产效率高10倍；如以切除同样金属余量的加工时间作比较，则铣削、拉削或砂轮磨削比砂带磨削要多4—10倍。
(3)加工质量好：砂带磨削的粗糙度，一般达到及Ra0.63—0.16μm(▽7—▽9)，加工精度也比较高。
(4)能磨削复杂形面：砂带具有一定的柔曲性，能磨削复杂形面的工件。如图14—30所示，导向板外形是和工件成形表面相适应的，改变导向板的外形，就可磨削所需的工件成形表面。也可将压轮设计成相应的成形表面，用以加工回转体或平面的成形表面。如果工件成形表面的截面变化较大，为避免砂带折裂和磨粒脱落，可采用分段成形磨削。砂带成形磨削的应用比较广泛，如导弹头外形、航空喷气发动机叶片的复杂形面等精密加工。
由于砂带磨削的应用十分广泛，故有七十年代万能工具的称誉。目前，强力砂带磨削和宽砂带(宽度达3m 甚至更宽) 应用，使生产率进一步得到提高；与此相应出现了高刚性、高强度的砂带磨床，有的磨床电动机功率高达
182.5KW(250HP)。砂带磨削总的趋势是向着高生产率和砂带高使用寿命方向发展。
4.适应控制磨削
磨削的适应控制，是在变化着的工作条件(如工件毛坯余量、硬度和工件刚性等) 变化较大、难以预知的情况下，利用适控系统，使有关的磨削用量与之相适应，从而使磨削过程始终处于或接近一个稳定的最佳状态，这样就能最大限度地合理利用机床和砂轮的切削能力，在保证工件质量的前提下提高加工效率，降低加工成本，防止设备和工具发生事故，使磨削过程实现最优化(见图14—32) 。
适应控制可分为约束适控和最佳适控。约束适控是按照某个预定目标，根据给定的约束值或约束函数进行切削用量的调节。最佳适控是能够在给定的约束条件范围内按照确定
的评价函数(数学模型) 来处理测量数据，并计算出相应的校正参数值，使加工系统达到预期的最佳目标。与约束适控相比，它的特点是在磨削过程中能够按照预定的逻辑来确定用以作为适控根据的最佳条件，亦即可实现加工最优化。